计算机操作系统原理白金版教程第11章 文件系统接口

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1第11章文件系统接口主要内容文件概念访问方法目录结构文件系统安装文件共享保护211.1文件概念文件：记录在外存上相关信息的具有名称的集合。从用户角度，文件是逻辑外存的最小分配单元通常，文件表示程序和数据。文件一般由位、字节、行或记录组成。文件有各种结构或类型文本文件源文件目标文件可执行文件等31、文件属性文件名称：通常为字符串，如example.c文件通常具有的属性名称：文件符号名称，唯一标识符：标识文件系统内文件的唯一标签，通常为数字类型位置：指向设备上文件位置的指针大小：以字节、字或块计保护：读、写、执行等访问控制信息时间、日期和用户标识42、文件操作6个基本文件操作创建文件在文件系统中为文件找到空间在目录中为新文件创建一个条目写文件：系统调用write()读文件：系统调用read()在文件内重定位：文件寻址删除文件在目录中搜索给定名称的文件释放所有文件空间，删除相应目录条目截短文件：文件属性不变，长度设为0并释放其空间53、文件类型实现文件类型的常用技术：名称.扩展名通常的文件类型文件类型通常文件后缀名功能可执行文件exe,com,bin或无就绪可执行机器语言程序目标文件obj,o已编译，机器语言，未链接源文件c,cc,java,pas,asm,a各种语言的源代码批处理文件bat,sh发送给命令解释器的命令文本文件txt,doc文本数据，文档文字处理文件wp,tex,rtf,doc各种文字处理器格式库文件lib,a,so,dll为程序员提供的程序库打印或视图文件ps,pdf,jpg用于打印或视图的ASCII或二进制格式文件档案文件arc,zip,tar相关的几个文件组成在一个文件中，通常为了归档或存储而被压缩多媒体文件mpeg,mov,rm包含音频或A/V信息的二进制文件64、文件结构操作系统应该支持常用结构，能够节省程序员的大量劳动结构太少会使编程不灵活结构太多会使操作系统过大且会使程序混淆内部文件结构定位文件偏移量通常物理记录大小与逻辑记录大小不一致，且物理记录大小固定，逻辑记录大小可变方法：将若干个逻辑记录打包，再放入物理记录问题：可能会产生内部碎片711.2访问方法文件用来存储信息，当使用时，必须访问和读入这些信息1）顺序访问（最简单）文件信息按顺序，一个记录接着一个记录地加以处理基于文件的磁带模型2）直接访问（相对访问）允许对任意块进行读或写基于文件的磁盘模型，可立即访问大量信息3）其他访问方法索引多级索引811.3目录结构组织大量文件的方法磁盘分为一个或多个分区，称为小型磁盘或卷每个分区都包含了存储在分区中的文件的信息设备目录（简称目录）记录分区上所有文件的各种信息目录相关操作搜索文件创建文件删除文件列出目录重命名文件跟踪文件系统91、单层目录思想：所有文件都包含在同一目录中特点：便于支持和理解缺陷：文件类型增加或系统有多个用户时，有严重限制（名称需要唯一）102、双层目录思想：为每个用户创建独立目录，系统由主文件目录（masterfiledirectory,MFD）和每个用户的用户文件目录（userfiledirectory,UFD）组成优点：有效的对用户加以隔离，有利于用户独立，不同用户可拥有具有相同名称的文件缺点：用户需要在某个任务上进行合作和访问其他文件时有困难113、树型目录（最常用）12

思想：双层目录结构的推广，允许用户创建自己的子目录，相应的组织文件，形成任意高度的树路径名绝对路径名：从根开始并给出路径上的目录名直到所指定的文件相对路径名：从当前目录开始定义一个路径如何处理删除目录若目录为空，可简单的加以删除若目录不为空，通常有两种方案首先删除目录中的内容，若有子目录，必须先删除其子目录的内容——MS-DOS（导致大量工作）同时删除该目录的文件和子目录——UNIX（方便，但危险）134、无环图目录（acyclicgraph）14

思想：允许目录含有共享子目录和文件，是树型结构目录方案的自然扩展实现共享文件和目录的方法创建一个称为链接（指针）的新目录条目简单的在共享目录中重复所有共享文件信息（需维护一致性）特点：比树型目录结构更加灵活，但也更加复杂如何删除文件每当用户删除文件时删除——悬挂指针问题保留文件直到删除其所有引用为止——必须有机制确定最后文件引用是否已删除155、通用图目录16

思想：允许出现环的树型目录结构的扩展确定删除文件的新问题存在环时，若不存在对文件或目录的引用，其引用数也可能不为0，因为可能存在自我引用。垃圾收集（极其费时，很少使用）无环图结构更加便于使用1711.4文件系统的安装文件系统在被系统上的进程使用之前必须安装安装步骤操作系统需要知道设备名称以及在哪里安装文件系统（安装点：通常为空目录，以便于安装）操作系统验证设备是否包含一个有效文件系统操作系统在其目录结构中记录：一个文件系统已安装在给定安装点上已有文件系统未安装的文件系统安装到

/users1811.5文件共享多用户文件共享、文件名称和文件保护问题文件/目录拥有者：可以改变属性、授权访问、拥有文件和目录最高控制权组：用于定义对文件拥有相同访问权限的用户子集文件的拥有者可以执行所有的操作，文件组的成员只能执行这些操作的子集，而其他用户只能执行另一操作子集，这些通常由文件的拥有者定义192、远程文件系统文件共享方式用户通过程序如ftp，在机器之间进行文件的人工传输分布式文件系统（DFS），远程目录可从本机上直接访问万维网，可用浏览器获取对远程文件的访问客户机－服务器模型服务器：包含文件的机器客户机：需要访问文件的机器如何进行客户标识通过网络名称或其他标识符如IP——不安全客户通过加密密钥向服务器进行安全验证——不方便20分布式信息系统：用来提供用于远程计算所需信息的统一访问域名系统：为整个因特网提供主机名称到网络地址的转换黄页：将用户名、主机名、打印机信息等加以集中管理轻量级目录访问协议（LDAP）：用于用户验证和获取系统范围内的信息，单一密码签入。故障模式本地文件系统可能因各种原因而出错，如各种磁盘错误和各种人为错误远程文件系统具有更多的故障模式，如网络中断等系统应该终止对故障服务器的所有操作，或者延迟操作直到服务器再次可用为止21

一致性语义评估文件系统对文件共享支持的一个重要准则规定了一个用户所修改的数据何时对另一个用户可见一致性语义与进程同步算法直接相关UNIX语义一个用户对已经打开的文件进行写操作，可以被同时打开同一文件的其他用户可见允许用户共享文件当前指针的位置，一个用户向前移动指针会影响其他用户22会话语义一个用户对打开文件的写不能被同时打开同一文件的其他用户所看见一旦文件关闭，对其修改只能为以后打开的会话所看见，已经打开文件的用户并不能看见这些修改永久共享文件语义一旦一个文件被创建者声明为共享，它就不能被修改永久共享文件的特性文件名不能重用文件内容不可修改2311.6保护访问类型通过禁止访问提供完全保护通过不加保护提供自由访问上述两种极端，普通使用时需要控制访问通过限制可进行的文件访问类型提供保护读：从文件中读写：对文件进行写或重写执行：将文件装入内存并执行添加：将新信息添加到文件结尾部分删除：删除文件，使其空间用于其他目的列表清单：列出文件名称及其属性242、访问控制根据用户身份进行控制为每个文件或目录增加一个访问控制列表（access-controllist,ACL），以给定用户名及其所允许的访问类型优点：可以使用复杂的访问方法主要问题：访问控制列表的长度创建这样的列表可能比较麻烦且很可能没有用处原来固定大小的目录条目，现在必须可变大小，导致更为复杂的空间管理解决方法：精简访问列表，为每个文件采用三种用户类型拥有者：创建文件的用户组：一组需要共享文件且具有类似访问的用户其他：系统内的所有其他用户253、其他保护方法为文件加上密码若为每个文件加一个密码，用户需要记住的密码数量过大，不可行若所有文件只有一个密码，一旦被发现，所有文件都可访问通常所有文件只使用一个密码，也可折衷前两种方法264、UNIX例三种访问模式：read、write、execute三类用户： RWX a)owneraccess 7 111

（文件主） RWX b)groupaccess 6 110 （同组用户）RWX c)publicaccess 5 101（其他用户）27补充：文件的结构和存取方法用户观点－逻辑结构（使用）系统观点－物理结构（实现）文件系统的重要作用之一：在用户的逻辑文件与相应设备的物理文件之间建立映象，实现二者之间的转换文件的逻辑结构有结构文件（记录式文件）定长记录文件：每个记录的长度都相等变长记录文件：每个记录的长度不等无结构文件（流式文件）282、文件的存取方法顺序存取严格按照记录排列的顺序依次存取随机存取根据记录号立即存取所需记录按键存取根据记录的内容而不是根据记录编号进行存取－关键字293、文件的物理结构连续文件：把一个逻辑上由连续记录构成的文件依次存放到连续的物理块中的文件优点：组织方法简单，存取速度快，适合存放顺序文件缺点：存在碎片，文件的长度必须固定链接文件：通过链接指针保持文件逻辑上的连续性优点：插入和删除记录方便，文件增长方便缺点：只适合顺序存取，且存取速度较慢索引文件：为每个文件建立一个索引表，索引表的每一栏指出一个记录的物理块号多级索引文件：将索引表本身又看作一个文件，